用于野外照明系统充电的独立光伏系统研究-开题报告

中 北 大 学毕业论文开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化专业论 文 题 目 ： 用于野外照明系统充电的独立光伏系统研究指 导 教 师 :2013 年 02 月 27 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业论文工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献综述的参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册） 。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标 GB 771487文后参考文献著录规则 的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如 0201140102） ，不能只写最后 2 位或 1 位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004 年 3 月 15 日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 论 文 开 题 报 告1结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述1.1 课题研究背景意义随着人类社会的飞跃发展，电在我们的生活中起到了重大的作用，我们的吃、穿、用、行都离不开它。而随着日益减少的不可再生资源煤资源的匮乏，我们逐渐将火力发电转向新能源的开发与研究，以此满足我们日益增加的野外照明充电需求，新型能源也就成为现在社会发展和存在的基石。而在太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等这些新能源中，太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位 1。而我们对太阳能的利用大致可分为光热转换和光电转换两种方式，其中，光电利用（光伏利用)是近些年发展最快，也是最具经济潜力的能源开发领域。目前，太阳能光伏发电正逐渐受到世界各国的高度重视。 随着光伏发电技术发展, 光电转换效率不断提高、光电池制造成本不断下降、各种新型太阳能电池先后问世 。光伏发电技术是新能源技术的重要组成部分，是正在发展着的高新技术，在国家能源政策的引导下，随着人们对可再生能源认识的提高以及太阳能光伏发电系统性能价格比的提高，太阳能的开发及应用前景将是十分广阔的 2。因此，在用于野外照明充电的独立光伏系统研究这个课题中，我选择了应用太阳能光伏发电技术来解决野外照明充电这个问题。1.2 国内外发展现状1.2.1 国外发展现状由于化石能源频临匿迹，世界各国开始着手新能源的开发，其中太阳能作为新能源的一种，其能源富裕、取材便捷等诸多优点，使其在新世纪能源中占据首席位置，而太阳能光伏发电技术在能源、环境和人类社会未来发展中的重要地位，多个发达国家纷纷投入巨额资金竞相研究开发，并积极推进其产业化进程。80 年代以来，光伏产业一直保持 10%-15%的增长速度。从 1997 到 2001 年，世界光伏产业年平均增长率达35.5%。2004 年光伏电池组件的生产量达到 1194MW，比 2003 年的 744.26MW 增长了60.64%。1997 年，美国提出了“百万太阳能屋顶计划”，即准备到 2014 年美国将为 100 万个家庭安装太阳能屋顶，总容量在 1000MW-3000MW 之间，该计划加速和促进了美国光伏产业的快速发展，并计划把发电成本降低到 6 美分/KWh。日本政府在 1997 年 4 月到1998 年 3 月期间安装了 9400 套屋顶光伏系统总计 37KW，并计划到 2014 年安装 7800MW的光伏发电系统。欧盟的“可再生资源白皮书”规定到 2014 年生产 3700MW 光伏系统共欧盟地区使用，另有 3000MW 出口，在光伏发电领域，印度是发展中国家的排头兵，截止 2012 年，印度的光伏系统安装容量为 350KW，计划到 2014 年安装 1500KW3。1.2.2 国内发展现状自从我国实行改革开放政策以来,人们的生活水平有了大幅度的提高,居民们的用电量也因此与日俱增。全国大部分地区所提供的电能基本上能够满足人们日常生活的需求。可是,在一些边远偏僻的山区、农牧区、高原和海岛,这些地区远离大电网,电网无法接入到这些地区,给当地居民的生活和生产带来巨大的影响。根据有关资料显示上述这些地区中的大多数地区太阳能资源非常丰富,而本文研究的独立式光伏发电系统正是利用这一有利条件来解决上述无电地区百姓生活用电问题。因此,本文研究的用于野外照明系统充电的独立式光伏发电系统具有现实意义 1。中国光伏发电产业于 20 世纪 70 年代起步，90 年代中期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过 30 多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。在光明工程先导项目和送电到乡工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，我国光伏发电产业迅猛发展。到 2007 年年底，全国光伏系统的累计装机容量达到 10 万千瓦（100MW） ，从事太阳能电池生产的企业达到 50 余家，太阳能电池生产能力达到 290 万千瓦（2900MW） ，太阳能电池年产量达到 1188MW，超过日本和欧洲，并已初步建立起从原材料生产到光伏系统建设等多个环节组成的完整产业链，特别是多晶硅材料生产取得了重大进展，突破了年产千吨大关，冲破了太阳能电池原材料生产的瓶颈制约，为我国光伏发电的规模化发展奠定了基础。2007 年是我国太阳能光伏产业快速发展的一年。受益于太阳能产业的长期利好，整个光伏产业出现了前所未有的投资热潮。太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到 2030 年，可再生能源在总能源结构中将占到 30以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到 10以上；到 2040 年，可再生能源将占总能耗的 50以上，太阳能光伏发电将占总电力的20以上；到 21 世纪末，可再生能源在能源结构中将占到 80以上，太阳能发电将占到 60以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。根据可再生能源中长期发展规划 ，到 2020 年，我国力争使太阳能发电装机容量达到 1.8GW（百万千瓦） ，到 2050 年将达到 600GW（百万千瓦） 。预计，到 2050 年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的 25%，其中光伏发电装机将占到 5%。未来十几年，我国太阳能装机容量的复合增长率将高达 25%以上。如果能将太阳能充分利用起来，那么我们真的会代替石油等化学能源，可以说绝了能源断绝的可怕威胁。同时充分利用太阳能也会避免很多污染，对环保也带了非常的益处。按照这样，全球每天都有非常大的太阳能被浪费，在挖掘太阳能的同时，人们也开始了对雷电能量的研究，这些都是无尽的能源。长期以来，我国西部地区在社会、经济、文化等各方面都落后于东部和沿海地区，但这片区域幅员辽阔，人烟稀少，是全球太阳能辐射资源最富集的地区之一。 “太阳能光伏产业是一个市场规模大、产业辐射面广、拉动效应十分明显的朝阳产业，应该充分利用我国中西部地区大量沙漠、草原丰富的太阳能资源，将中、西部地区建设成为我国未来的清洁能源基地。虽然我国光伏发电产业发展很快但还处于基础薄弱、应用市场不够稳定阶段。目前我国太阳能独立光伏发电具体不足体现在： 生产规模小。目前我国太阳电池生产厂家基本停滞在 1990 年引进时的规模和水平上。1998 年我国太阳电池的产量为2.1MW 约占世界产量的 1.3。生产规模比国外 520MW 生产规模低一个数量级。 技术水平较低。我国太阳电池的效率较低平均在 1013 组件封装水平低工程现场证明部分产品大约 35 年就出现发黄、起泡、焊线脱落、效率下降等问题质量同国外有一定差距。 专用原材料国产化程度不高。专用材料如银浆、封装玻璃、EVA 等尚未完全实现国产化。国家曾将提高商业化电池效率和材料国产化列入“八五”计划取得一定成果但性能有待进一步改进。 成本高。太阳能光伏电池的成本价格约为 1O75 元/ Wp 高于国外产品 2。1.3 本课题相关理论综述独立光伏发电系统工作原理（1）太阳能电池方阵吸收太阳能并将其转化成电能后，在防反充二极管的控制下为蓄电池组充电。（2）直流或交流负载通过开关与控制器连接。（3）控制器负责保护蓄电池，防止出现过充或过放电状态，即在蓄电池达到一定的放电深度时，控制器将自动切断负载；当蓄电池达到过充电状态时，控制器将自动切断充电电路。（4）有的控制器能够显示独立光伏发电系统的放电状态，并能储存必要的数据，甚至还具有遥测、遥信和要控的功能。（5）在交流光伏发电系统中，DC/AC 逆变器将蓄电池组提供的直流电变成能够满足交流负载需要的交流电 34。参考文献：1程明,张建忠.可再生能源发电技术M.机械工业出版社,2012.2.2姜子晴.单相光伏发电并网系统的研究D.江苏镇江:江苏大学,2008:22-39.3王长贵.新能源和可再生的现状和展望J.太阳能光伏发展论坛文集,2003,2(2):14-17.4IEEE Std 1526,IEEE recmmended practicc for testing the performaricc of stand of stand-alone photovoltaic systemsS.5DSouza,Lopes L A C,Liu X J.An Intelligent maximum Power Point tracker using Park current control C.IEEE 36th power eletronics specialists coference: Recife,2005:172-177.6Mchmet Akbaba,Isa Qamber,Adcl Kcmal.Matching of Scparately Excited DC Motors to Photovoltaic Generators for Maximum Power OutputJ.Solar Energy,1998,63(6):375-378.7曾德友,凌朝东,李国刚. 光伏系统中蓄电池的充电保护 IC 电路设计J.微纳电子技术,2007 年 06 期.8任柱,陈渊睿,张淼.独立光伏系统中蓄电池控制策略J.太阳能学报,2008 年 5 期.9欧阳名三.独立光伏系统中蓄电池的管理D.安徽:合肥工业大学,2004:23-30.10牛金红.数字控制双向全桥 DC/DC 变换器的研究D.湖北武汉:华中科技大学,2006：30-40.11陈刚. 软开关双向 DC/DC 变换器的研究D.浙江大学,2001 年.12Chihchiang Hua,Chihming Shen.Study of maximum power tracking techiquesandControl of DC/DC converters for photovoltaic power system.PESC 98 Record 29thAnnual IEEE:1,1998：86-93.13陈维等.光伏发电系统中逆变器技术应用与展望J.电力电子技术.2006,40(4): 130-133.14赵宏娟.光伏发电系统中逆变电源的原理与实现J.民营科技,2007 年 07 期.15冯垛生.太阳光发电系统用多功能 PWM 逆变器J.变频器世界,1995,5(1):62-67.16刘和平，严利平等.DSP 原理及电机控制应用于 TMS320LF240x 系列M.北京:北京航空航天大学出版社，2002:73-105.17Husscin K H. Muta I,Hoshino T.Osakada M.Maximum photovoltaic power tracking: analgorithen for rapidly changing atomospheric conditionsJ.Transmission and Distribution.IEEE Procecdings,1995,142(1)：59-64.18缪志凌,阮新波.一种独立光伏发电系统双向变换器的控制策略J.电工技术学报,2008.28(1):97-103.19赵广元.MATLAB 与控制系统仿真实践M.北京:北京航天航空大学出版社,2009.8.20Minwon Park,In-Kcun Yu.A study on the optimal voltage for MPPT obtained by surface temperature of solar cellC.Industrial Electronics Society:30th Annual conference of IEEE,2004:2040-2045. 毕 业 论 文 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1 本课题要解决的问题本课题主要是研究一个独立光伏系统，使光伏阵列产生的电能经过 Boost 变换器升压滤波产生直流电压，再经过 DC/AC 逆变器接到野外照明充电架上，光伏阵列发出的多余电能经过双向全桥 DC/DC 变换器向蓄电池充电，当光伏阵列所产生的电能不满足野外照明充电架需求时，蓄电池经双向全桥 DC/DC 变换器放电产生直流电压，再通过 DC/AC 逆变器接到野外照明充电架上，当蓄电池电能不足时，野外照明充电架切换为电网供电；分析光伏电池、DC/DC 变换器的原理，研究最大功率跟踪算法，利用Matlab/simulink 对 DC/DC 双向变换器进行建模分析。2.2 本课题拟采用的途径本课题拟采用的独立光伏发电系统主要由太阳能电池、Boost 变换器、DC/AC 逆变器、切换控制器、双向变换器和蓄电池组组成。其系统框图如图 2.2 所示。 切换控制电路太阳能电池图 2.2 用于野外照明系统充电的独立光伏系统框图本课题拟采用的发电系统首先由光伏电池将太阳能转换成电能，然后由 Boost 将电网供电线路Boost 变换器 DC/AC蓄电池组 双向变换器野外照明充电架光伏电池输出的电压变换成直流母线电压，并通过 MPPT 控制调节 Boost 变换器的占空比，进而来调节光伏阵列的输出功率，实现最大功率点跟踪。光伏电池的输出功率和系统的输出功率之间通过直流母线电压耦合，再由 DC/AC 逆变器根据母线电压的情况调整输出功率，输出稳定电压，并连接到野外照明充电架上；光伏阵列发出的多余电能经过双向全桥 DC/DC 变换器向蓄电池充电，蓄电池将多余的电能储存起来，当光伏阵列所产生的电能不满足野外照明充电架需求时，蓄电池经双向全桥 DC/DC 变换器放电产生直流电压，再通过 DC/AC 逆变器接到野外照明充电架上，当蓄电池电能不足时，野外照明充电架切换为电网供电。此外，由 DSP 芯片 TMS320LF2407 为核心的控制电路实现最大功率点跟踪、双向全桥 DC/DC 变换器的工作模式转换、正玄波脉宽调制等功能。 毕 业 论 文 开 题 报 告指导教师意见：其中串联电阻为电流源内阻，受结深度杂质和接触电阻影响。旁路电阻与对地漏电流成反比。质量好的硅晶片大约在 之间，在 之间。根据定律，光伏电池开路电压为： 指导教师： 年 月 日所在系审查意见：系主任： 年 月 日附件：参考文献注释格式学术期刊 作者论文题目期刊名称，出版年份，卷(期)：页次如果作者的人数多于 3 人，则写前三位作者的名字后面加“等” ，作者之间以逗号隔开。例如：1 李峰，胡征，景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展